S15参考实施例一中步骤S04至步骤S05，如图7D至7E所示，在此不再详述。
[0092]本发明实施例提供的内嵌式纳米森林结构1001的制备方法，由于在形成纳米掩模结构2011之前，先形成了一硬掩模层501，在形成纳米掩模结构2011之后对所述硬掩模层501进行刻蚀形成纳米硬掩模结构5011，然后以所述纳米掩模结构2011和所述纳米硬掩模结构5011共同作为掩模，使得以该掩模进行各向异性刻蚀时，能形成具有陡直侧壁的纳米结构，导致最终形成的纳米掩模结构2011的纳米结构形状可以为台状、柱状及其平面组合，如图7F所示。
[0093]实施例三
[0094]在本实施例中，不同于实施例一，所述衬底100为石英衬底；所述刻蚀阻挡层为100-300nm氮化硅薄膜；所述开口 1011不暴露所述衬底100，通过控制刻蚀阻挡层101的刻蚀深度形成；所述聚合物层201为图形化的聚合物层201’，所述图形化的聚合物层201’为光敏聚酰亚胺层或纳米压印膜层；如图8A至图8D所示。
[0095]步骤S21，提供衬底100。
[0096]在本实施例中，所述衬底100为石英衬底，该石英衬底的成本低于硅衬底，更适合于大规模生产应用中。
[0097]步骤S22，在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101，与实施例一所不同的是，该开口 1011不暴露所述衬底100，优选地，通过光刻工艺及刻蚀工艺获得所述开口 1011时，该刻蚀工艺不将所述刻蚀阻挡层101刻穿，保留50-100nm厚度的刻蚀阻挡层，该50-100nm厚度的刻蚀阻挡层可以作为硬掩模层501，在后续形成所述纳米掩模结构2011之后，先对该50-100nm厚度的刻蚀阻挡层进行刻蚀，形成纳米硬掩模结构5011，作为后续各向异性刻蚀的掩模，能有效改善以聚合物为掩模进行各向异性刻蚀时，侧壁不够陡直的问题；此外，该过程无需引入任何其他物质作为硬掩模层，仅需控制对刻蚀阻挡层的刻蚀深度即可原位形成一硬掩模层，简单高效。在实际应用中，在形成纳米硬掩模结构5011之后，可以先去除纳米掩模结构2011，以纳米硬掩模结构5011作为后续各向异性刻蚀的掩模；当然，在形成纳米硬掩模结构之后，也可以不去除纳米掩模结构2011，以纳米硬掩模结构5011和纳米掩模结构2011共同作为后续各向异性刻蚀的掩模，具体以实际应用效果而定，在此不做限定。
[0098]步骤S23，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，如图8B所示。
[0099]在本实施例中，形成纳米掩模结构2011包括:在所述衬底100表面之上形成聚合物层201 ;采用等离子体对所述聚合物层201进行轰击，以形成纳米掩模结构2011。与实施例一所不同的是，所述聚合物层201为图形化的聚合物层201’，所述聚合物层201材料为光敏聚酰亚胺，形成图形化的光敏聚酰亚胺层包括:在所述衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层；采用光刻工艺形成图形化的光敏聚酰亚胺层。由于光敏聚酰亚胺层为光敏材料，可以仅进行光刻工艺而无需刻蚀工艺就实现图形化，能提高效率且对其它层影响较小。当图形化的聚合物层201’仅覆盖部分所述开口 1011区域时，后续进行各向异性刻蚀时，未被覆盖的开口 1011区域由于没有掩模保护，会被刻蚀形成与纳米森林结构1001底部齐平的平坦区域，该区域可以被用作微流道等。在其它实施例中，所述聚合物层201还可以为正性光刻胶层，由于正性光刻胶易于形成更薄的膜层作为聚合物层201，且正性光刻胶的分辨率较高，这有利于形成侧壁更加陡直的纳米结构。然后对所述图形化的聚合物层201’进行等离子体轰击形成纳米掩模结构2011。
[0100]需要说明的是，所述纳米掩模结构2011还可以通过纳米压印等技术形成于所述衬底100之上，例如将形成有图形化的纳米掩模结构2011’的压印膜进行对准后，通过纳米压印技术设置于所述衬底100表面之上，在此不做限定。
[0101]在一个具体实施例中，通过旋涂法在衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层之后，通过光刻、显影的方法仅在所需要形成纳米森林结构1001区域的衬底100上保留图形化的光敏聚酰亚胺层，如图8A至图8B所示。
[0102]步骤S24至步骤S25同实施例二，如图8C至图8D所示，在此不再详述。
[0103]本发明实施例提供的内嵌式纳米森林结构1001的制备方法，通过在所述衬底100表面之上形成图形化的纳米掩模结构2011’，图形化的聚合物层201’仅覆盖部分所述开口1011区域，后续进行各向异性刻蚀时，未被覆盖的开口 1011区域由于没有掩模保护，会被刻蚀形成与纳米森林结构1001底部齐平的平坦区域，也即形成了图形化的内嵌式纳米森林结构1001’。该图形化的内嵌式纳米森林结构1001’的平坦区域可以被用作微流道等特殊用途。
[0104]此外，本发明还提供了由上述方法形成的内嵌式纳米森林结构1001，参考图6F及图7E所示，包括:衬底100 ;内嵌于衬底100表面的纳米森林结构1001。
[0105]其中，所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构形状为锥状、台状、柱状及其平面组合，参考图6F、图7E所示。在一个具体实施例中，所述锥状、台状、柱状的底部直径可以为 10-200nm，高度可以为 50_1500nm。
[0106]在本发明的优选实施例中，所述纳米森林结构1001中的纳米结构为柱状，并且多个纳米结构连接在一起，且呈现大面积的随机分布，如图7F所示。
[0107]进一步地，所述衬底100还包括:与所述内嵌式纳米森林结构1001底部持平的平整部分，即形成图形化的内嵌式纳米森林结构1001’。该平整部分的位置对应开口 1011处未被图形化的纳米掩模结构2011’覆盖的位置，参考图8D所示。
[0108]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
[0109]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种内嵌式纳米森林结构的制备方法，其特征在于，包括: 提供衬底； 在所述衬底之上形成具有开口的刻蚀阻挡层； 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构； 进行各向异性刻蚀，在所述衬底的开口处形成内嵌式纳米森林结构； 去除所述纳米掩模结构及所述刻蚀阻挡层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述开口暴露/不暴露所述衬底，当所述开口不暴露所述衬底时，所述开口底部与衬底表面之间的剩余刻蚀阻挡层厚度为50-100nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构包括: 在所述衬底表面之上形成聚合物层，所述聚合物层的材料包括以下任意一种:正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯及其叠层； 采用等离子体对所述聚合物层进行轰击，以形成纳米掩模结构。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通过调整所述聚合物层的材料种类、厚度、粘度特性和/或等离子体轰击工艺条件，获取形状为独立的、两两相连的和/或半连接的直立柱状的纳米掩模结构，并以该纳米掩模结构为掩模获得纳米森林结构，所述纳米森林结构的纳米结构形状包括以下任意一种:锥状、台状、柱状及其平面组合。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米掩模结构为图形化的纳米掩模结构。6.根据权利要求3所述的制备方法，所述聚合物层为图形化的光敏聚酰亚胺层，形成所述图形化的光敏聚酰亚胺层包括: 在所述衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层； 采用光刻工艺形成图形化的光敏聚酰亚胺层。7.根据权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层； 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之后进行刻蚀，在所述硬掩模层中形成纳米硬掩模结构，以该纳米硬掩模结构作为掩模或以该纳米硬掩模结构和所述纳米掩模结构共同作为掩模。8.一种内嵌式纳米森林结构，其特征在于，包括: 衬底； 内嵌于衬底表面的纳米森林结构，所述纳米森林结构的上表面与衬底表面齐平。9.根据权利要求8所述的内嵌式纳米森林结构，其特征在于，所述内嵌式纳米森林结构的纳米结构形状为锥状、台状、柱状及其平面组合。10.根据权利要求8或9所述的内嵌式纳米森林结构，其特征在于，所述衬底还包括: 与所述内嵌式纳米森林结构底部持平的平整部分。
【专利摘要】本发明公开了一种内嵌式纳米森林结构及其制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底之上形成具有开口的刻蚀阻挡层；在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构；进行各向异性刻蚀，在所述衬底的开口处形成内嵌式纳米森林结构；去除所述纳米掩模结构及所述刻蚀阻挡层。由于内嵌式纳米森林结构的顶部可以与另一衬底的平整表面无缝贴合，且所述纳米掩模结构能完全覆盖所述开口区域，进行各向异性刻蚀后形成的内嵌式纳米森林结构的边缘部分不会存在空缺，避免DNA分子从纳米森林结构与微流道的间隙流过。
【IPC分类】B81B1/00, B81C1/00
【公开号】CN105384145
【申请号】CN201510808468
【发明人】毛海央
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月19日
[0092]本发明实施例提供的内嵌式纳米森林结构1001的制备方法，由于在形成纳米掩模结构2011之前，先形成了一硬掩模层501，在形成纳米掩模结构2011之后对所述硬掩模层501进行刻蚀形成纳米硬掩模结构5011，然后以所述纳米掩模结构2011和所述纳米硬掩模结构5011共同作为掩模，使得以该掩模进行各向异性刻蚀时，能形成具有陡直侧壁的纳米结构，导致最终形成的纳米掩模结构2011的纳米结构形状可以为台状、柱状及其平面组合，如图7F所示。
[0093]实施例三
[0094]在本实施例中，不同于实施例一，所述衬底100为石英衬底；所述刻蚀阻挡层为100-300nm氮化硅薄膜；所述开口 1011不暴露所述衬底100，通过控制刻蚀阻挡层101的刻蚀深度形成；所述聚合物层201为图形化的聚合物层201’，所述图形化的聚合物层201’为光敏聚酰亚胺层或纳米压印膜层；如图8A至图8D所示。
[0095]步骤S21，提供衬底100。
[0096]在本实施例中，所述衬底100为石英衬底，该石英衬底的成本低于硅衬底，更适合于大规模生产应用中。
[0097]步骤S22，在所述衬底100之上形成具有开口 1011的刻蚀阻挡层101，与实施例一所不同的是，该开口 1011不暴露所述衬底100，优选地，通过光刻工艺及刻蚀工艺获得所述开口 1011时，该刻蚀工艺不将所述刻蚀阻挡层101刻穿，保留50-100nm厚度的刻蚀阻挡层，该50-100nm厚度的刻蚀阻挡层可以作为硬掩模层501，在后续形成所述纳米掩模结构2011之后，先对该50-100nm厚度的刻蚀阻挡层进行刻蚀，形成纳米硬掩模结构5011，作为后续各向异性刻蚀的掩模，能有效改善以聚合物为掩模进行各向异性刻蚀时，侧壁不够陡直的问题；此外，该过程无需引入任何其他物质作为硬掩模层，仅需控制对刻蚀阻挡层的刻蚀深度即可原位形成一硬掩模层，简单高效。在实际应用中，在形成纳米硬掩模结构5011之后，可以先去除纳米掩模结构2011，以纳米硬掩模结构5011作为后续各向异性刻蚀的掩模；当然，在形成纳米硬掩模结构之后，也可以不去除纳米掩模结构2011，以纳米硬掩模结构5011和纳米掩模结构2011共同作为后续各向异性刻蚀的掩模，具体以实际应用效果而定，在此不做限定。
[0098]步骤S23，在所述衬底100表面之上形成纳米掩模结构2011，如图8B所示。
[0099]在本实施例中，形成纳米掩模结构2011包括:在所述衬底100表面之上形成聚合物层201 ;采用等离子体对所述聚合物层201进行轰击，以形成纳米掩模结构2011。与实施例一所不同的是，所述聚合物层201为图形化的聚合物层201’，所述聚合物层201材料为光敏聚酰亚胺，形成图形化的光敏聚酰亚胺层包括:在所述衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层；采用光刻工艺形成图形化的光敏聚酰亚胺层。由于光敏聚酰亚胺层为光敏材料，可以仅进行光刻工艺而无需刻蚀工艺就实现图形化，能提高效率且对其它层影响较小。当图形化的聚合物层201’仅覆盖部分所述开口 1011区域时，后续进行各向异性刻蚀时，未被覆盖的开口 1011区域由于没有掩模保护，会被刻蚀形成与纳米森林结构1001底部齐平的平坦区域，该区域可以被用作微流道等。在其它实施例中，所述聚合物层201还可以为正性光刻胶层，由于正性光刻胶易于形成更薄的膜层作为聚合物层201，且正性光刻胶的分辨率较高，这有利于形成侧壁更加陡直的纳米结构。然后对所述图形化的聚合物层201’进行等离子体轰击形成纳米掩模结构2011。
[0100]需要说明的是，所述纳米掩模结构2011还可以通过纳米压印等技术形成于所述衬底100之上，例如将形成有图形化的纳米掩模结构2011’的压印膜进行对准后，通过纳米压印技术设置于所述衬底100表面之上，在此不做限定。
[0101]在一个具体实施例中，通过旋涂法在衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层之后，通过光刻、显影的方法仅在所需要形成纳米森林结构1001区域的衬底100上保留图形化的光敏聚酰亚胺层，如图8A至图8B所示。
[0102]步骤S24至步骤S25同实施例二，如图8C至图8D所示，在此不再详述。
[0103]本发明实施例提供的内嵌式纳米森林结构1001的制备方法，通过在所述衬底100表面之上形成图形化的纳米掩模结构2011’，图形化的聚合物层201’仅覆盖部分所述开口1011区域，后续进行各向异性刻蚀时，未被覆盖的开口 1011区域由于没有掩模保护，会被刻蚀形成与纳米森林结构1001底部齐平的平坦区域，也即形成了图形化的内嵌式纳米森林结构1001’。该图形化的内嵌式纳米森林结构1001’的平坦区域可以被用作微流道等特殊用途。
[0104]此外，本发明还提供了由上述方法形成的内嵌式纳米森林结构1001，参考图6F及图7E所示，包括:衬底100 ;内嵌于衬底100表面的纳米森林结构1001。
[0105]其中，所述内嵌式纳米森林结构1001的纳米结构形状为锥状、台状、柱状及其平面组合，参考图6F、图7E所示。在一个具体实施例中，所述锥状、台状、柱状的底部直径可以为 10-200nm，高度可以为 50_1500nm。
[0106]在本发明的优选实施例中，所述纳米森林结构1001中的纳米结构为柱状，并且多个纳米结构连接在一起，且呈现大面积的随机分布，如图7F所示。
[0107]进一步地，所述衬底100还包括:与所述内嵌式纳米森林结构1001底部持平的平整部分，即形成图形化的内嵌式纳米森林结构1001’。该平整部分的位置对应开口 1011处未被图形化的纳米掩模结构2011’覆盖的位置，参考图8D所示。
[0108]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
[0109]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种内嵌式纳米森林结构的制备方法，其特征在于，包括: 提供衬底； 在所述衬底之上形成具有开口的刻蚀阻挡层； 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构； 进行各向异性刻蚀，在所述衬底的开口处形成内嵌式纳米森林结构； 去除所述纳米掩模结构及所述刻蚀阻挡层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述开口暴露/不暴露所述衬底，当所述开口不暴露所述衬底时，所述开口底部与衬底表面之间的剩余刻蚀阻挡层厚度为50-100nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构包括: 在所述衬底表面之上形成聚合物层，所述聚合物层的材料包括以下任意一种:正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯及其叠层； 采用等离子体对所述聚合物层进行轰击，以形成纳米掩模结构。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通过调整所述聚合物层的材料种类、厚度、粘度特性和/或等离子体轰击工艺条件，获取形状为独立的、两两相连的和/或半连接的直立柱状的纳米掩模结构，并以该纳米掩模结构为掩模获得纳米森林结构，所述纳米森林结构的纳米结构形状包括以下任意一种:锥状、台状、柱状及其平面组合。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米掩模结构为图形化的纳米掩模结构。6.根据权利要求3所述的制备方法，所述聚合物层为图形化的光敏聚酰亚胺层，形成所述图形化的光敏聚酰亚胺层包括: 在所述衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层； 采用光刻工艺形成图形化的光敏聚酰亚胺层。7.根据权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层； 在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之后进行刻蚀，在所述硬掩模层中形成纳米硬掩模结构，以该纳米硬掩模结构作为掩模或以该纳米硬掩模结构和所述纳米掩模结构共同作为掩模。8.一种内嵌式纳米森林结构，其特征在于，包括: 衬底； 内嵌于衬底表面的纳米森林结构，所述纳米森林结构的上表面与衬底表面齐平。9.根据权利要求8所述的内嵌式纳米森林结构，其特征在于，所述内嵌式纳米森林结构的纳米结构形状为锥状、台状、柱状及其平面组合。10.根据权利要求8或9所述的内嵌式纳米森林结构，其特征在于，所述衬底还包括: 与所述内嵌式纳米森林结构底部持平的平整部分。
【专利摘要】本发明公开了一种内嵌式纳米森林结构及其制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底之上形成具有开口的刻蚀阻挡层；在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构；进行各向异性刻蚀，在所述衬底的开口处形成内嵌式纳米森林结构；去除所述纳米掩模结构及所述刻蚀阻挡层。由于内嵌式纳米森林结构的顶部可以与另一衬底的平整表面无缝贴合，且所述纳米掩模结构能完全覆盖所述开口区域，进行各向异性刻蚀后形成的内嵌式纳米森林结构的边缘部分不会存在空缺，避免DNA分子从纳米森林结构与微流道的间隙流过。
【IPC分类】B81B1/00, B81C1/00
【公开号】CN105384145
【申请号】CN201510808468
【发明人】毛海央
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月19日
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